線(xiàn)性” PTC热敏電(diàn)阻克服了NTC温度检测的缺点

2020-05-16

温度是测量的物(wù)理(lǐ)变量，设计人员具有(yǒu)许多(duō)传感选项，其中包括热電(diàn)偶，RTD，固态電(diàn)流输出传感器和热敏電(diàn)阻。其中，负温度系数（NTC）热敏電(diàn)阻由于成本低，适用(yòng)范围广且接口相对容易，因此被用(yòng)于工业，汽車(chē)，医疗，仪器仪表和消费类应用(yòng)中的温度感测。

但是，NTC热敏電(diàn)阻确实具有(yǒu)众所周知的缺点。除了具有(yǒu)较大的電(diàn)阻温度系数（良好）之外，它们还具有(yǒu)高度非線(xiàn)性（尽管平滑）的電(diàn)阻与温度的关系曲線(xiàn)（不好）。结果，電(diàn)路和系统设计人员必须实施一种或多(duō)种策略来有(yǒu)效地部署它们。此类技术包括多(duō)点校准，使用(yòng)具有(yǒu)重叠范围的多(duō)个热敏電(diàn)阻，查找表（通常借助插值法）或基于标准方程（或简化的回归  多(duō)项式）执行校正计算，从而对它们的传递函数进行建模。

我们要认识到它们的吸引力和缺点，因此推出了一系列基于硅的正温度系数（PTC）热敏電(diàn)阻（NTC器件的补充），它们保持的精度提高了50％。例如，TMP61是高度線(xiàn)性的PTC热敏電(diàn)阻，在25°C时的标称電(diàn)阻為(wèi)10kΩ，在0至70°C的温度范围内具有(yǒu)±1％的非線(xiàn)性度，工作范围為(wèi)–40至+ 125°C （图1）。

1. TMP61的典型温度-電(diàn)阻-電(diàn)阻传递函数显示出其相当高的線(xiàn)性度

它在整个温度范围内提供一致的灵敏度，在25°C时的電(diàn)阻温度系数（TCR）為(wèi)6400 ppm /°C，在整个工作范围内的典型TCR容差為(wèi)0.2％（类似的TMP63在25°C时的标称電(diàn)阻為(wèi)100kΩ C，以及47kΩTMP64）。与NTC器件相比，热敏電(diàn)阻几乎不需要線(xiàn)性化電(diàn)路或软件，仅需单点校准，電(diàn)阻容限变化较小(xiǎo)，并且在高温下具有(yǒu)更高的灵敏度。

TI声称，这些PTC热敏電(diàn)阻消除了对附加線(xiàn)性化電(diàn)路或冗余NTC热敏電(diàn)阻的需求，从而简化了设计并降低了系统成本。与NTC热敏電(diàn)阻相比，可(kě)将印刷電(diàn)路板（PCB）的布局尺寸至少减少33％。

与所有(yǒu)设备一样，尤其是经常处于敌对环境中的温度传感器，故障确实是一种选择和可(kě)能(néng)性。热敏電(diàn)阻可(kě)以由電(diàn)压或電(diàn)流源驱动（图2），尽管每种驱动方法各有(yǒu)利弊，但短路可(kě)能(néng)会对整个系统产生影响。因此，在发生短路故障时，TI设备具有(yǒu)内置的“故障保护”功能(néng)。

 

2.作為(wèi)電(diàn)阻组件，可(kě)以使用(yòng)電(diàn)压源（左）或電(diàn)流源（右）来驱动热敏電(diàn)阻。实际上，大多(duō)数電(diàn)压驱动電(diàn)路使用(yòng)比例布置来消除源漂移的影响

当然，物(wù)理(lǐ)传感器的尺寸是温度感测的一个因素，因為(wèi)传感器的热质量会影响响应时间和将传感器定位在关注点附近的能(néng)力。在可(kě)用(yòng)封装中，TMP61提供0.60-×1.00-mm（兼容0402封装），4.00-×3.15-mm（TO-92S）和0.80- 1.20-mm（SOT-5X3）的封装；TMP63采用(yòng)0.60-×1.00-mm封装，并提供其他(tā)TMP封装。此外，汽車(chē)级版本还提供10kΩTMP61和 100kΩTPM63。价格开始在US $ 0.05 1,000片為(wèi)单位。

為(wèi)了进行测试和评估，TI提供了TMP6EVM评估套件，该套件通过USB连接或CR2032币形電(diàn)池供電(diàn)（图3）。该独立模块包括该公司用(yòng)于本地温度参考的TMP116数字传感器以及两个模拟通道。電(diàn)路板的传感器部分(fēn)可(kě)与主板分(fēn)离，以模拟一个系统，该传感器位于距离主机控制器较遠(yuǎn)的位置（通常情况），而LCD则以2 Hz的频率实时显示温度测量值更新(xīn)率。

3.详细的用(yòng)户指南和基于PC的Windows GUI支持TI用(yòng)于TMP61系列的TMP6EVM评估套件